有机光电

1..全固态太阳能电池结构可分为单层、双层和体相结构三种类型。（1）单层（肖特基）器件：当有机活性材料吸光后产生激子（束缚电子-空穴对），激子迁移至自建场界面上实现电荷分离，进而分离为游离的电子和空穴，电荷迁移到电极、产生电流、经电极导出，储存在蓄电池之中。（2）双层（异质结）器件：①有机活性层吸收光子产生激子，当入射光的能量大于活性物质的能隙（Eg）时，活性物质吸收光子而产生激子；②激子扩散至异质结处；③电荷分离，激子在异质结附近形成载流子，在给体上被分成了自由的空穴，在受体上被分成了自由的电子；④电荷传输与电荷引出，分离出来的载流子经过传输到达相应的电极，之后不断地被电极富集形成光电流。（3）体相异质结器件：体相异质结器件与双层异质结器件的相同点在于：两者均利用D-A界面效应来转移电荷。不同点如下：①体相异质结中的电荷分离产生于整个活性层，双层异质结中电荷分离只发生在界面处的空间电荷区域，由于减少和避免了由于有机物激子扩散长度小而导致的能量损失，体相异质结器件中激子解离效率更高，激子复合概率降低，光电转换效率有效提高。②由于界面存在于整个活性层，体相异质结器件中载流子向电极传输主要是通过粒子之间的渗透作用；2.有机活性层材料在分子设计上需考虑几点：①具有给电子、吸电子基团的刚性共轭体系，通过引入合适的给体电子和吸电子基团，调控分子的HOMO和LUMO能级。②具有宽波段强吸收光谱，以利于尽可能多地吸收太阳光能；③对环境和光化学的稳定性；④具有强的分子间相互作用，这将倾向于形成致密的堆积结构；紧密排列的薄膜有利于提高载流子的迁移率，同时有利于提高器件在空气中的抗氧化能力。3.DSSC器件工作原理分步叙述如下：①无机半导体纳米晶多孔薄膜吸附单层有机染料分子，该染料在入射光的照射下，从基态跃迁到激发态。可表示为：Dye+hvDye*；②光生电子从激发态的染料分子转移到无机半导体（如TiO2）的导带上，表示为：Dye*Dye＋＋e–;③光生载流子穿过半导体电极通过外电路。当染料吸收入射光后，在半导体纳晶粒子和电解质的界面上发生电荷分离——将电子注入半导体粒子的导带，而染料自身带正电荷。这一步最为重要，可表示为：e–(TiO2)负极（外电路）；Dye＋正极（外电路）④半导体导带上的一部分光生电子将被氧化的染料分子还原：表示为：e–(TiO2)+Dye＋Dye＋TiO2；⑤半导体导带上的光生电子可被电解质中的I3－俘获，在对电极上将I3－还原成I－，发生下列氧化还原反应：e–(TiO2)+I3－3I－＋TiO2；⑥溶液中的I－将被氧化的染料分子还原：I－+Dye＋Dye＋I3－。上述6步可总结为：有机染料吸收光能生成激发态；接着染料激发态向半导体（如TiO2）导带注入电子生成染料正离子；然后染料正离子通过两种途径复原再生——被I―还原与被TiO2导带电子还原，最后TiO2导带电子与I3―（I2）产生暗态复合反应。4.电致发光机理:①载流子注入过程将有机电致发光器件通电以后，即完成载流子注入过程。此时电子从负极注入形成负载流子；空穴从正极注入形成正载流子。②载流子传输过程在外电场作用下，注入的电子向正极迁移，同时注入的空穴向负极迁移，这个动态过程被认为是载流子传输。器件中这两种相向迁移的正、负载流子可能相遇，也可能使之交臂，不再相遇，这种情况多半是载流子被杂质或缺陷俘虏而失活；而载流子相遇区域有两种情况：一是在发光层相遇，二是不在发光层相遇。只有正、负载流子在发光层相遇时才有可能复合而发光。③载流子相遇与激子复合在外电场作用下，注入的电子和空穴相遇配对，形成“电子-空穴对”。它具有一定的寿命，约在皮秒至纳秒量级。这样的“电子-空穴对”被称为“激子”。④激子衰减与发光激子以辐射形式衰变跃迁至基态即获得电致发光。激子可分为单线态激子和三线态激子，在有机电致发光过程中，单线态激子和三线态激子可同时产生。通常单线态激子的辐射衰变称为电致荧光，寿命较短；三线态激子的辐射衰变称为电致磷光，寿命较长。5.有机场效应管的工作原理:①首先将栅极和源极间的电压记为Vgs（或Vg），源、漏电极之间的电流即为沟道中的电流，记为Ids。当栅极与源极间的电压为零时，即Vg＝0，则Ids＝0，场效应管处于“关”状态。②当在栅极上施加电压（即Vg不为0），此时电介质层发生极化，n型半导体活性层感应出负载流子，电子进入半导体和绝缘体界面导电沟道；随着电荷载流子浓度增加，漏、源之间的电流增加，此时Ids不为0，这时场效应晶体管处于“开”状态。对于n型OFET来说，在通道形成时，若在漏极上施加正电压，就会使电子流向漏极。p型沟道OFET器件工作原理类似，只是施加的电压也由正变负，p型半导体的流动载流子是空穴。